jueves, 9 de octubre de 2008

Premio Nobel de Fisica 2008: Romper la simetría

El Premio Nobel 2008 de Física se le ha dado a tres físicos (al estadounidense Yoichiro Nambu y los japoneses Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa) que describen algo que se llama romper la simetría y que predice la existencia de al menos tres familias de quarks en la naturaleza.

Leyendo el blog de Maikelnai:
"Yoichiro Nambu de los Estados Unidos, ganó la mitad del galardón por sus teorías (desarrolladas en la década de 1960) sobre “ruptura espontánea de la simetría”. Su trabajo apuntaló la noción de que poco después de que el universo comenzara a enfriarse tras el Big Bang, surgió una única superfuerza que dio origen a tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza conocidas hoy en día.
Estas son la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética, las cuales actúan, a través de partículas mensajeras, sobre el bestiario de partículas indivisibles que conforman la materia. Los otros dos laureados, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa de Japón, demostraron que en ciertas condiciones, la antimateria no obedece las mismas reglas que la materia."

La mayoría de la gente no sabe lo que es romper la simetría. Yo no lo entiendo completamente, pero la idea básica de simetría es esta: intuitivamente, pensamos en simetría como una situación en la que algo es idéntico en ambos lados de una línea. Otra forma de decirlo sería que lo que se refleja en un espejo no cambia de lo que vemos. Pero la simetría es realmente algo mucho más general que eso. Matemáticamente, podemos decir que la simetría es una inmunidad a la transformación. Esto significa que hay algún tipo de transformaciónes que cuando se hacen, el resultado es indistinguible de aquello a lo que se hizo tal transformación originalmente.

El ejemplo intuitivo de simetría reflexiva sería un espejo. Una imagen simétrica en torno a una línea sería imposible de distinguirse de la imagen original.

Para ver la simetría traslacional, imaginad por ejemplo una hoja infinita de papel cuadriculado. Si se mueve ese papel a la izquierda el ancho de un cuadrado, no se puede decir que se ha desplazado: el resultado es completamente indistinguible.

El concepto de romper la simetría se refiere a que, a veces una configuración simétrica tiene que pasar por una transformación que da lugar a que se convierta en no-simétrica. Un ejemplo de esto es una bola sobre una colina. Si uno se imagina una colina con la cima perfectamente redondeada, con una bola esférica en la parte superior de la misma, la situación es completamente simétrica frente a reflexiones y rotaciones. Sin embargo, imaginad que eventualmente, algo va a perturbar el sistema, y la pelota va a rodar colina abajo. Una vez que lo hace, el sistema ya no es simétrico. La simetría se rompió por el movimiento de la bola. Esto se llama ruptura espontánea de simetría: el sistema tiene un estado de transición, que es en cierto sentido inevitable, y después de ese estado de transición, el sistema deja de ser simétrico.

En cosmología, hay un montón de simetrías básicas.También hay cosas que parece que deberían ser simétricas, pero no lo son. Puede parecer que las cantidades de materia y antimateria deberían de ser equivalentes, (lo que reflejaría una simetría básica en la estructura de las partículas fundamentales que componen el universo), pero dentro de lo que podemos observar, que no es mucho, esto no es cierto: encontramos que hay mucha más materia que antimateria. Si el universo comenzó con un big bang, es lógico pensar que en algún momento inmediatamente después del big bang, el espacio era uniforme. Pero, esa simetría básica se rompió y el espacio ahora es no-uniforme. En algún momento las partículas se condensaron en la nube de energía después del Big Bang, y acabó habiendo mucha más materia que antimateria y la simetría se rompió.

En el universo, las fuerzas fundamentales básicas parecen estar relacionadas y que en última instancia, son realmente la misma cosa, pero que opera a diferentes escalas y diferentes niveles de energía. Para altos niveles de energía, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares (fuerte y debil) son la misma cosa. Osea que hay una profunda simetría entre ellas. Pero para niveles de energía más bajos, con el tiempo se dividen en diferentes tipos y se vuelven distinguibles. La simetría se rompe, y entonces decimos que tenemos diferentes fuerzas.

Una forma de ver como las fuerzas pueden estar unificadas para altos niveles de energía es, por ejemplo, en el ferromagnetismo. A altas temperaturas (por encima de la temperatura de Curie), un imán se compone de pequeños dominios magnéticos desordenados. A estas temperaturas un cuerpo ferromagnético pierde su magnetismo, comportándose como un material puramente paramagnético. No hay ninguna dirección preferida, y el sistema es simétrico. Pero a medida que baja la temperatura, se encuentra un momento en el que por casualidad aleatoria, apuntan más en una dirección u otra. Esta preferencia se queda fija al continuar enfriando, y finalmente todos los que están apuntando en la misma dirección dan lugar a que el sistema pase a ser asimétrico (tiene una dirección preferida).

Con altas energías, el sistema se funde en un estado simétrico, pero a bajas energías, se congela espontáneamente en un estado asimétrico elegido. Esto es análogo a la forma, en la que las fuerzas pueden unificarse para altas energías, pero a bajas energías que la experiencia, que "congelar a cabo" en separado, las fuerzas específicas con diferentes comportamientos.

Y esto es todo por hoy,
1saludo

3 comentarios:

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heregía!

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Makoto Kobayashi es uno de los mejores físicos japonés conocido por su trabajo en el campo de la violación CP.Yoichiro Nambu es famoso por haber propuesto el "color de carga" de la cromodinámica cuántica y por ultimo Toshihide Maskawa es reconocido por su trabajo en la física de partículas...